Fundamentos da Radiologia

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Fundamentos da Radiologia
CURSO: TÉCNICO EM RADIOLOGIA
DISCIPLINA: FUNDAMENTOS DA RADIOLOGIA
PROF: JUNEO R L VELLOSO
MÓDULO III
A Descoberta dos Raios X
Introdução
No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente.
Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a observação da condução de eletricidade através de um tubo de Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a atenção: "Professor, olhe a tela!".
Nas proximidades do tubo de vácuo havia uma tela coberta com platino cianeto de bário, sobre a qual projetava-se uma inesperada luminosidade, resultante da fluorescência do material.
Roentgen girou a tela, de modo que a face sem o material fluorescente ficasse de frente para o tubo de Crookes; ainda assim ele observou a fluorescência.
Foi então que resolveu colocar sua mão na frente do tubo, vendo seus ossos projetados na tela. Roentgen observava, pela primeira vez, aquilo que passou a ser denominado raios X.
O parágrafo acima pode ser uma dramatização do que de fato ocorreu naquele dia, mas o fato que a história registra é que esta fantástica descoberta teve estrondosa repercussão, não apenas na comunidade científica, como também nos meios de comunicação de massa.
Por exemplo, em 1896, menos de um ano após a descoberta, aproximadamente 49 livros e panfletos e 1.000 artigos já haviam sido publicados sobre o assunto.
Um levantamento feito por Jauncey no jornal norte-americano St. Louis Post-Dispatch, mostra que, entre 7 de janeiro e 16 de março de 1896, quatorze notas foram publicadas sobre a descoberta e outros estudos relacionados.
Todavia, as mais conhecidas referências a essa descoberta tendem a minimizar o mérito do seu autor, enfatizando o aspecto fortuito da observação.
Essa visão distorcida que se tem do trabalho de Roentgen só é eliminada quando se toma conhecimento dos seus relatos.
Com 50 anos de idade na época da descoberta dos raios X, e menos de 50 trabalhos publicados, Roentgen tinha como temas prediletos as propriedades físicas dos cristais e a física aplicada (em 1878 apresentou um alarme para telefone, e em 1879, um barômetro aneroide).
Sobre os raios X publicou apenas três trabalhos, e ao final da sua vida não chegou a ultrapassar a marca dos 60.
Para um detentor do Prêmio Nobel de Física, esta é uma quantidade relativamente inexpressiva.
Essa "pequena" produção talvez seja consequência do seu rigoroso critério de avaliação dos resultados obtidos.
Pelo que se sabe, ele era tão cuidadoso, que jamais teve de revisar os resultados publicados.
Lendo seus dois primeiros artigos sobre os raios X, percebe-se a acuidade do seu trabalho.
Além da inegável importância na medicina, na tecnologia e na pesquisa científica atual, a descoberta dos raios X tem uma história repleta de fatos curiosos e interessantes, e que demonstram a enorme perspicácia de Roentgen.
Por exemplo, Crookes chegou a queixar-se da fábrica de insumos fotográficos Ilford, por lhe enviar papéis "velados".
Esses papéis, protegidos contra a luz, eram geralmente colocados próximos aos seus tubos de raios catódicos, e os raios X ali produzidos (ainda não descobertos) os velavam.
Outros físicos observaram esse "fenômeno" dos papéis velados, mas jamais o relacionaram com o fato de estarem próximos aos tubos de raios catódicos! 
Mais curioso e intrigante é o fato de que Lenard "tropeçou" nos raios X antes de Roentgen, mas não percebeu.
Assim, parece que não foi apenas o acaso que favoreceu Roentgen; a descoberta dos raios X estava "caindo de madura", mas precisava de alguém suficientemente sutil para identificar seu aspecto iconoclástico.
Para entender porquê, é necessário acompanhar a história dos raios catódicos.
Contexto da Descoberta dos Raios-X
Na segunda metade do século XIX, vários Cientistas encontravam-se a estudar o efeito da passagem de descargas elétricas de alta voltagem através de gases rarefeitos que, posteriormente, conduziu à descoberta dos raios-X em 1895.
No entanto, os primeiros trabalhos desenvolvidos neste âmbito datam do início do século XVII, por vários investigadores, alguns a seguir mencionados.
Nenhum progresso poderia ser alcançado no sentido da descoberta dos raios-X antes de se conseguir obter a produção de um bom vácuo e de uma corrente elétrica contínua.
Estas duas condições necessárias foram descobertas por Otto von Guericke (1602-1686), quando em cerca de 1641 iniciou os seus trabalhos de investigação.
Em 1646, von Guericke construiu a primeira bomba de ar com o intuito de produzir condições de vácuo que permitissem o estudo de “condições celestiais”.
Mais tarde melhorou esta bomba ao utilizar um cilindro vertical com um êmbolo que podia mover-se de cima para baixo, e uma válvula de pele automática que substituiu a rolha usada no desenho original.
Para além disso, von Guericke inventou também o primeiro gerador elétrico (ou máquina elétrica de fricção)
Ilustração da máquina elétrica de fricção de Otto von Guericke.
Isaac Newton (1642-1727) e outros investigadores aperfeiçoaram o método, usando uma luva forrada com seda que permitiu a obtenção de descargas de alguns centímetros de comprimento, sendo a primeira transmissão de um impulso elétrico num condutor.
Este trabalho na área da indução e condução elétrica foi muito importante e marcou as experiências seguintes de Robert Boyle (1627-1691).
A primeira medida significativa de vácuo foi comunicada por Boyle em 1660, que usou um manómetro de mercúrio para medir a pressão produzida num frasco em forma de sino pela bomba de êmbolo, construída pelo seu assistente, Robert Hook (1635-1703)
Bomba de êmbolo utilizada por Robert Boyle na primeira medição do vácuo em cerca de 1660.
Primeiro dispositivo proposto por Robert Boyle para medição do vácuo, obtida com a bomba anterior
Em 1753, Jean Antoine (Abbé) Nollet, em Paris, publicou os resultados das experiências desenvolvidas por si neste contexto, nas quais recorreu a uma bomba de vácuo e a uma máquina eletrostática, ambas inventadas por von Guericke, como já referido.
Construiu globos de vidro com formato de ovo, os quais evacuou e, posteriormente, provocou descargas elétricas através dos mesmos, usando, para esse efeito, uma corrente de ferro ligada a uma máquina elétrica.
Posteriormente, William Morgan (1750-1833), publicou, em 1785, o artigo“Electrical Experiments Made to Ascertain the Non-Conducting Power of a Perfect Vacuum”, 
o qual veio consolidar as observações de Hauksbee, contribuindo com a demonstração de que a cor dos raios luminosos resultantes da descarga elétrica dependia do grau de vácuo do tubo atingido nas condições experimentais.
Provavelmente, Morgan terá sido o primeiro investigador a produzir raios-X.
O desenvolvimento de pesquisas nesta área, e que, em última análise, conduziu à descoberta dos raios-X, 
dependeu fortemente da evolução das técnicas de produção de tubos de vidro com condições de vácuo eficientes, bem como de dispositivos capazes de fornecerem correntes elétricas contínuas de tensão elevada.
Em 1836, Nicholas Joseph Callan (1799-1864) contribuiu com o desenvolvimento de vários modelos de bobinas de indução
e, em 1851, Heinrich Daniel Rhümkorff (1803-1877), um fabricante Alemão de instrumentos científicos, desenvolveu, em Paris, uma versão aperfeiçoada da anterior proposta por Callan
Desta forma, tornou-se possível a produção de tensões tão elevadas que permitiam a obtenção de descargas elétricas muito fortes através de um gás, e, consequentemente, a observação da resultante emissão de luz no interior de um tubo de vácuo.
Este instrumento ficou conhecido como a bobina de Rhümkorff
Para além disso, a construção de bombas de vácuo cada vez mais eficientes, que permitissem que o espaço no interior do tubo ficasse ainda mais rarefeito, 
tornou possível a existênciade um avanço considerável nos trabalhos subsequentes relativos ao estudo das descargas elétricas em gases rarefeitos, realizados por diversos autores.
Em 1855, o Físico e produtor de instrumentos científicos Alemão, Johann Heinrich Geissler (1814-1879) da Universidade de Bonn, desenvolveu a primeira bomba de vácuo de mercúrio funcional, designada por bomba de Geissler, a qual possuía uma coluna de mercúrio que funcionava como êmbolo
Bomba de Geissler. 
Ao içar e descer repetidamente o reservatório de mercúrio, o ar contido no tubo era removido progressivamente.
Tratava-se de um processo longo, uma vez que teria de decorrer algum tempo para que se atingisse o grau necessário de rarefação gasosa, 
pela repetição de várias vezes do processo, mas que, no entanto, permitia obter condições de vácuo mais eficientes relativamente às conseguidas anteriormente.
Os estudos neste campo foram evoluindo lentamente, em parte devido à atenção dos Físicos para a análise espectral bem como ao fato de o grau de vácuo existente nos tubos de Geissler não ser, ainda suficiente.
Foi necessário que decorressem dez anos para que ocorresse um avanço na metodologia utilizada.
Em 1869, Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914), aluno de Plücker, repetiu as experiências deste último e confirmou os seus resultados.
Hittorf utilizou nas suas investigações tubos que possuíam um vácuo superior
Desta forma, verificou que a remoção gradual de ar do tubo originava a formação de, como descreveu, “luz” no cátodo e que esta causava fluorescência nas paredes de vidro do tubo, cuja intensidade de cor variava com o grau de rarefação.
Ao colocar um objeto entre o cátodo e o vidro observou a formação de uma sombra com a forma do objeto, dependendo exclusivamente da forma deste.
A partir desta observação, concluiu que esta sombra se devia à existência de raios provenientes do cátodo, que se propagavam segundo uma trajetória retilínea.
Um ano após as investigações de Hittorf, experiências semelhantes foram realizadas por Cromwell Fleetwood Varley (1828-1883), 
através das quais este levantou a hipótese de que os raios eram compostos de partículas de matéria projetadas do polo negativo, cuja trajetória era influenciada por um íman, fato este devido às cargas negativas que as constituíam.
Em 1876, Eugen Goldstein (1850-1930), após realizar estudos semelhantes aos de Hittorf introduziu, pela primeira vez, o termo “raios catódicos”
Verificou que estes raios desviavam a sua trajetória sob a ação de campos magnéticos e que não eram emitidos em todas as direções, mas sim confinados a uma direção perpendicular à superfície do cátodo.
Uma nova interpretação da natureza dos raios catódicos surgiu na Inglaterra, contrapondo-se ao conceito de Goldstein. 
William Crookes
Para William Crookes (1832-1919) os raios catódicos eram um fluxo de moléculas carregadas eletricamente, de natureza corpuscular, as quais constituíam o quarto estado da matéria (“matéria radiante”), proposto por Faraday, seguindo a mesma linha de pensamento de Varley.
Em 1878, Crookes desenhou vários tubos de vácuo, muito utilizados na época para o estudo dos raios catódicos, designados, de um modo geral, por tubos de Crookes.
Estes consistiam num tubo de vidro de paredes relativamente espessas, em forma de pêra, com dois elétrodos perpendiculares um ao outro, 
cuja pressão interna era muito inferior à dos tubos de Geissler e de Hittorf, obtendo-se, portanto, um vácuo muito superior no interior do tubo, o que, 
segundo Crookes, contribuía para uma melhor observação e demonstração definitiva da natureza corpuscular dos raios catódicos.
Através dos seus estudos, demonstrou que os raios catódicos 1) eram constituídos por partículas de carga negativa repelidas pelo cátodo em linhas retas;
2) causavam a formação de uma sombra de um objeto quando interceptava a sua trajetória
Sombra catódica verificada nas experiências de Crookes, mostrando que os raios catódicos eram provenientes do cátodo com trajetória retilínea.
3) provocavam fluorescência nas paredes de vidro do tubo quando chocavam contra elas, bem como noutras substâncias colocadas no tubo na sua trajetória
Fluorescência de um diamante verificada quando exposto aos raios catódicos.
4) possuíam ação mecânica ; 5) eram formados perpendicularmente à superfície do cátodo; 6) possuíam ação calorífica e 7) podiam ser defletidos por um íman.
Um dos dispositivos utilizados por Crookes para verificar a ação mecânica dos raios catódicos.
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), tal como Hittorf e Goldstein, e contrariamente a Crookes e Varley, opunha-se à interpretação de natureza corpuscular dos raios catódicos
Heinrich Hertz
Hertz observou que os raios catódicos podiam atravessar finas folhas de metal dispostas no interior de um tubo Crookes, verificando, em 1892, que os raios catódicos eram não só desviados em todas as direções, mas também refletidos.
Desta forma, para Hertz e outros investigadores, em 1895, estes fatores eram incompatíveis com o conceito de partículas carregadas atribuído aos raios catódicos, 
mas sim concordantes com o conceito de “luz magnética”, que à semelhança das ondas Hertzianas, eram um tipo de luz capaz de penetrar substâncias sólidas, opacas à radiação luminosa.
Estas observações levaram a que Philipp Lenard (1862-1947) aluno de Hertz, estudasse a possibilidade dos raios catódicos produzidos no interior de um tubo de Crookes poderem ser observados e analisados no seu exterior.
Philipp Lenard.
Uma vez que os vidros dos tubos utilizados até então eram capazes de barrar os raios catódicos, 
Lenard desenvolve, em 1894, uma variante do tubo de Crookes – tubo de Lenard – o qual possuía na extremidade oposta ao cátodo, uma abertura no vidro vedada por folhas de alumínio finas, que permitia a passagem dos raios para o exterior do tubo de descarga. 
Pela primeira vez, foi observada a passagem destes raios para o exterior do tubo, ficando conhecidos como raios Lenard.
Lenard descreveu que estes raios
 1) tornavam o ar exterior ao tubo eletricamente condutor; 
2) conseguiam atingir alguns centímetros de distância no ar, cuja trajetória podia ser seguida pela fosforescência de cor azul; 
 3) induziam luminescência em determinados sais fluorescentes 
4) sensibilizavam placas fotográficas;
 5) descarregavam um eletroscópio localizado na proximidade do tubo, podendo verificar-se até uma distância de trinta centímetros e
6) penetravam metais e outras substâncias opacas, mas eram bloqueados pelo vidro e outras substâncias transparentes.
Foi apenas no final da década de 1890 que a questão sobre a natureza dos raios catódicos foi inequivocamente esclarecida por Joseph John Thomson (1856-1940) e Jean Perrin (1870-1942).
Desta forma, através da determinação da velocidade dos raios catódicos e da comparação do valor obtido com o valor da velocidade da luz tornava-se mais evidente a impossibilidade de concebê-los segundo Lenard.
Em 1895, Perrin demonstrou que a trajetória dos raios catódicos era desviada sob o efeito de um campo magnético, à semelhança do que faria um feixe de partículas dotadas de carga elétrica.
Para além disso, verificou que um pequeno cilindro de metal ao ser atingido por estes raios, adquiria carga negativa,
e que quando eram desviados por um íman, impedindo que atingissem o cilindro, este não voltava a adquirir carga, demonstrando que os raios catódicos eram constituídos por partículas carregadas negativamente.
Wilhelm Conrad Röntgen
No ano de 1895, ano da descoberta dos raios-X, Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) era Professor de Física na Universidade de Würzburg , na Alemanha
Nesta instituição, no final desse ano, seguindo o percurso de outros ilustres Cientistas, dedicou-se também ao estudo dos raios catódicos e das suas propriedades.
 Não obstante as suas valiosas contribuições para a compreensão do comportamento destes raios, através dos resultados de investigações relacionadas com a condução elétrica atravésde gases em tubos de vácuo,
Röntgen decidiu esclarecer algumas questões em aberto relativas a este assunto. 
Foi este o contexto que impulsionou Röntgen a iniciar as suas próprias experiências em Outubro de 1895 e que culminaram com a descoberta dos raios-X,
uma das mais importantes na história da Física, a qual lhe valeu, em 1901, o primeiro prémio Nobel da Física.
A sua descoberta, no dia 8 de Novembro de 1895, de “um novo tipo de raios”, constituiu o passo final de toda uma correlação lógica e brilhante entre as observações e fatos divulgados anteriormente por outros investigadores e os resultados da sua investigação.
Estes raios invisíveis que Röntgen designou por “X-strahlen” – “raios-X” (“X” por serem de natureza desconhecida), 
vieram não só revolucionar a era da Física Atômica no século XX, mas também constituíram um avanço na evolução de outras Ciências, tendo sido a mais beneficiada,
certamente, a Medicina, onde se desenvolveram diferentes aplicações nas suas mais variadas especialidades.
Numa sala obscurecida, Röntgen colocou um tubo, cujo vácuo era adequadamente eficiente (um tubo de Hittorf, Lenard ou Crookes), 
numa caixa de cartão preta (de modo a eliminar qualquer vestígio de luz proveniente do tubo) e, ao ser fornecida energia elétrica em regime de alta tensão ao tubo 
(através de uma bobina de indução de Rhümkorff), verificou a existência de fluorescência num écran que continha cristais de platino cianeto de bário colocados a alguma distância do equipamento. 
É importante referir que a distância a que estava colocado o écran e o equipamento era muito superior àquela que os raios catódicos percorriam o ar, 
sendo que essa fluorescência era visível até uma distância de dois metros, e ocorria em qualquer lado do écran exposto ao tubo.
Seguidamente interpôs entre o tubo e o ecrã vários objetos, que deveriam ser opacos aos raios catódicos, manifestando-se, sempre, fluorescência.
Ao expor diversos materiais de diferentes densidades e espessuras à radiação, a fim de observar a variação do poder de penetração dos raios, 
quando testava a capacidade do chumbo para bloquear a nova radiação, Röntgen, ao interpor a sua mão neste percurso, verificou a projeção dos ossos da sua mão no écran fluorescente.
Nesta projeção, os ossos apareciam como sombras mais escuras do que os tecidos envolventes, permitindo que Röntgen fosse o primeiro a ter uma visão radioscópica dos seus próprios ossos.
Com o intuito de documentar em definitivo as imagens que visualizava no écran fluorescente, Röntgen, sabendo que os raios catódicos impressionavam placas fotográficas, tentou aplicar o mesmo processo de registo aos raios-X.
Para tal, substituiu o écran por uma placa fotográfica e, após a sua revelação por processos convencionais de fotografia, obteve o registro da imagem de objetos que colocou entre o tubo de descarga e a placa fotográfica. 
A revelação da placa produziu um registro permanente, capaz de comprovar os seus estudos.
Foi desta forma que Röntgen realizou a primeira fotografia obtida por raios-X, isto é, uma radiografia da mão da sua mulher, Anna Bertha Lugwig (1839-1919)
Esta foi a primeira radiografia anatômica de um ser humano, na qual eram visíveis, com grande detalhe, os ossos da sua mão, bem como o anel que possuía no momento da exposição aos raios-X.
Röntgen quase imediata e intuitivamente reconheceu que estava perante um novo tipo de energia radiante e, após um período intenso de sete semanas de investigação, 
durante o qual executou e planejou experiências para revelar a natureza e propriedades da nova radiação, verificou que os novos raios que observou eram diferentes dos raios catódicos e dos raios Lenard.
Entre outras, as seguintes propriedades foram verificadas: 1) os novos raios eram consideravelmente mais penetrantes que os raios Lenard; 
2) a maior parte das substâncias era transparente à sua passagem, variando a “transparência” de acordo com a densidade e espessura
3) propagavam-se linearmente a partir da sua fonte; 4) não sofriam fenômenos de reflexão, refração, polarização ou difração e 5) não eram defletidos sob a ação de um campo magnético.
Divulgação da Descoberta dos Raios-X e o seu Impacto nos Contextos Científico e Social
Roentgen recebeu inúmeros convites para conferências, mas parece que declinou de todas exceto uma, apresentada na SFMW, em 23 de janeiro de 1896, na qual obteve enorme sucesso, apesar da sua reconhecida timidez.
A primeira e única comunicação oral, pública e formal, da descoberta de Röntgen foi apresentada no dia 23 de Janeiro de 1896 numa reunião da Sociedade Médico-Física de Würzburg,
na qual foram divulgados os resultados das suas investigações, tendo demonstrado, in loco, a ação dos seus raios ao produzir uma radiografia de uma das mãos do célebre anatomista Rudolf Albert von Kölliker (1817-1905)
A cada radiografia que ele conseguia, a audiência reagia com entusiasmo e estrondoso aplauso.
A reprodução desta fotografia obtida pelos raios-X foi publicada em 1896 na segunda comunicação de Röntgen, já anteriormente, referida. No fim da palestra, von Kölliker propôs que os novos raios fossem designados “raios Röntgen”.
Radiografia da mão de Albert von Kölliker realizada por Röntgen em Janeiro de 1896.
Poucas foram as descobertas científicas que tiveram um impacto de tão grande dimensão no público em geral e na comunidade científica, e que foram divulgadas por todo o mundo de modo tão rápido como a descoberta dos raios-X.
Os primeiros artigos que surgiram na literatura científica revelam o impacto que a descoberta dos raios-X teve na comunidade científica, particularmente na comunidade médica.
Apesar de, inicialmente, a maioria dos artigos escritos sobre raios-X se basearem na sua descoberta e na investigação das suas propriedades, 
a evolução do pensamento científico conduziu, não só ao reconhecimento e aceitação desta nova descoberta, mas também no desenvolvimento das suas aplicações em várias áreas científicas. 
De salientar, a exploração das múltiplas aplicações médicas e das vantagens que lhe são inerentes para fins de diagnóstico e, posteriormente, também para fins terapêuticos, 
ao mesmo tempo que se antecipavam vastas possibilidades de melhoramento do diagnóstico, através do aperfeiçoamento técnico.
Logo após a submissão da sua primeira comunicação, Röntgen, no dia 1 de Janeiro de 1896, enviou dezenas de cópias de separatas da mesma, 
acompanhadas de algumas reproduções das primeiras radiografias que realizou, aos mais importantes e influentes Físicos e Médicos Europeus e Americanos da época.
Física das Radiações
Os raios X e sua produção
O que é uma radiografia?
É uma gravação fotográfica visível, em filme, produzida pela passagem de raios X através de um objeto ou corpo.
A radiografia torna possível estudar as estruturas internas do corpo como auxiliar de diagnóstico.
O que são raios X?
Por definição, raios x são uma forma de radiação eletromagnética parecida com a luz visível, mas de menor comprimento de onda.
O primeiro passa para o entendimento da produção de uma radiografia é o conhecimento da natureza dos raios x e seu comportamento. Desta forma, consideremos os dois aspectos de seu comportamento como ondas e partículas.
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